KR20120139965A - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 종래에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정과 그리스 도포 공정이 없어지게 되어 조립 공정이 간소화되며 원가를 절감하고 조립 안정성이 향상되는 효과가 있게 된다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정과 그리스 도포 공정이 없어지게 되어 조립 공정이 간소화되며 원가를 절감하고 조립 안정성이 향상되는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
자동차의 조향장치는 운전자가 조향 핸들을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞 바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다. 이러한 조향장치에 있어서 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 보조 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 보조 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전동식 동력 보조 조향장치가 있다.
유압식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전동식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.
도 1은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 개략도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로 부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; 123), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
도 2는 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 모터(130), 구동축(205), 내측 로터(220), 외측 로터(215), 탄성체(210), 제 1 베어링(250), 웜축(235), 웜 기어(245), 제 2 베어링(270), 압축 나사(255), 압축 스프링(265) 및 기어 하우징(260)을 포함하여 구성된다.
모터(130)는 모터 하우징 외부로 연장된 구동축(205)을 가지며, 외측 로터(215)는 내부가 중공으로 일측이 구동축(215)과 연결되어 연동된다. 제 2 베어링(270)과 제 1 베어링(250)은 웜 기어(245)를 조향축에 설치된 웜휠 기어(240)쪽으로 고정한다. 압축 스프링(265)은 압축 나사(255)에 의해 웜 기어(245)를 웜휠 기어(240) 방향으로 지지하며 제 2 베어링(270)을 지지한다. 따라서, 압축 나사(255)를 죄면 압축 나사(255)가 이동하여 압축 스프링(265)이 수축하게 되며 결국, 압축 스프링(265)의 압축력으로 웜 기어(245)가 웜휠 기어(240)와 견고하게 물릴 수 있도록 한다.
웜축(235)에는 내측 로터(220)가 연결되는데, 내측 로터(220)는 일측이 구동축(205)과 연결되는 외측 로터(215)의 내부로 삽입되는 구조를 가진다.
도 3은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3에서 도시하는 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 외측 로터(215), 탄성체(310) 및 내측 로터(220)로 구성되는 댐핑 커플러(360)와 구동축 끝단과 연결된 보스(320), 웜축(235)을 포함하여 구성되는데, 외측 로터(215)가 내측 로터(220)를 내삽할 수 있는 구조로 되어 있으며 내측 로터(220)와 외측 로터(215) 사이에는 탄성체(310)가 구비된다. 또한, 내측 로터(220)에는 축방향의 세레이션이 형성된 홀(345)이 뚫려 있어서 대향되는 세레이션(350)이 가공된 웜축(235)과 연결되며, 세레이션이 형성된 홀(미도시)을 구비한 외측 로터(215)는 외주면에 축방향의 세레이션(342)이 형성된 보스(320)와 연결되고, 축방향의 세레이션이 형성된 홀(340)을 구비한 보스(320)는 모터의 구동축(205)과 연결된다.
그러나, 이러한 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 내측 로터와 외측 로터가 단순히 압입되어 결합되며 내측 로터와 외측 로터의 내측이 직접 맞닿는 구조로 되어 있어서, 어느 정도 내구가 진행되거나 오프로드와 같은 도로를 주행시 큰 충격이 조향축을 타고 역입력되어 접촉에 의한 유격의 마모 및 노이즈가 밸생되는 문제점이 있었다.
또한, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정 및 이들 사이에 그리스를 도포하는 공정이 필요하여 조립 공정이 늘어나고 원가가 높아지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없애고, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정과 그리스 도포 공정을 없애서 조립 공정을 간소화하며 원가를 절감하고 조립 안정성을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 모터의 구동축과 웜축을 댐핑 커플러로 연결하여 동력을 전달하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 상기 댐핑 커플러는 일측과 타측에 각각 웜축 결합홀과 구동축 결합홀이 형성되되, 상기 웜축 결합홀과 구동축 결합홀 중 어느 하나에는 축방향의 홈 및 돌기가 구비되고 다른 하나에는 방사상의 결합홈이 구비되거나, 둘 모두에 방사상의 결합홈이 구비되며, 상기 웜축과 구동축도 상기 웜축 결합홀과 구동축 결합홀에 서로 대응되게 결합되도록, 어느 하나는 상기 홈 및 돌기와 대응되는 홈 및 돌기가 형성되고 다른 하나에는 상기 결합홈과 대응되는 결합돌기가 형성되거나, 둘 모두에 상기 결합홈과 대응되는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정과 그리스 도포 공정이 없어지게 되어 조립 공정이 간소화되며 원가를 절감하고 조립 안정성이 향상되는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 개략도,
도 2는 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도,
도 3은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 다양한 실시예를 나타내는 분해 사시도,
도 6은 본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 다양한 실시예를 나타내는 정면도,
도 7과 도 8은 각각 노이즈와 조향휠 떨림량을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 다양한 실시예를 나타내는 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 다양한 실시예를 나타내는 정면도, 도 7과 도 8은 각각 노이즈와 조향휠 떨림량을 나타내는 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는, 모터의 구동축(411)과 웜축(401)을 댐핑 커플러(420)로 연결하여 동력을 전달하는 것으로, 상기 댐핑 커플러(420)는 일측과 타측에 각각 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423)이 형성되되, 상기 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423) 중 어느 하나에는 축방향의 홈 및 돌기(423a)가 구비되고 다른 하나에는 방사상의 결합홈(425)이 구비되거나, 둘 모두에 방사상의 결합홈(425)이 구비되며, 상기 웜축(401)과 구동축(411)도 상기 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423)에 서로 대응되게 결합되도록, 어느 하나는 상기 홈 및 돌기(423a)와 대응되는 홈 및 돌기(413)가 형성되고 다른 하나에는 상기 결합홈(425)과 대응되는 결합돌기(403)가 형성되거나, 둘 모두에 상기 결합홈(425)과 대응되는 결합돌기(403)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
댐핑 커플러(420)는 전동식 동력 보조 조향장치의 보조 동력을 발생시키는 모터의 구동축(411)과 웜축(401)을 연결하여 모터에서 발생된 보조 동력을 웜휠(도 2의 240 참조)에 결합되어 있는 조향축에 전달하여 줌으로써 운전자의 조향력을 보조하는 동력 연결 장치이다.
이러한 댐핑 커플러(420)는 일측과 타측에 각가 웜축(401)과 결합되는 웜축 결합홀(421)과, 구동축(411)과 결합되는 구동축 결합홀(423)이 동축상에 형성되어 있다.
그리고, 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423)은 도 4에 도시된 것처럼 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423) 중 어느 하나에는 축방향의 홈 및 돌기(423a)가 형성되고 다른 하나에는 방사상으로 형성되는 결합홈(425)이 구비되거나, 도 5에 도시된 것처럼 둘 모두에 결합홈(425)이 구비될 수 있다.
또한, 웜축(401)과 구동축(411)도 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423)에 서로 대응되게 결합되도록, 도 4와 같이 웜축(401)과 구동축(411) 중 어느 하나에는 웜축 결합홀(421) 또는 구동축 결합홀(423)에 구비된 홈 및 돌기(423a)와 대응되는 홈 및 돌기(413)가 형성되고 다른 하나에는 웜축 결합홀(421) 또는 구동축 결합홀(423)에 구비된 결합홈(425)과 대응되는 결합돌기(403)가 형성되거나, 도 5와 같이 웜축(401)과 구동축(411) 모두에 결합홈(425)과 대응되는 결합돌기(403)가 형성된다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 결합홈(425)과 결합돌기(403)는 서로 맞물림 결합되는 것으로, 비록 도시하지는 않았으나 웜축(401)이나 구동축(411)의 외주면에 결합홈(미도시)을 형성하고 웜축 결합홀(421)과 구동축 결합홀(423)에 이에 대응되는 결합돌기(미도시)를 형성할 수도 있다.
그리고, 결합홈(425)과 결합돌기(403)의 사이에는 댐핑부재(430)가 결합되는데, 이러한 댐핑부재(430)는 내후성과 신축성 등을 구비하도록 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 재질로 형성되어 소음과 진동을 흡수하는 댐핑 역할을 하게 된다.
댐핑부재(430)는 상기 재질로 별도 형성되어 결합홈(425)과 결합돌기(403) 사이에 결합될 수 있으나, 결합홈(425)의 내측면에 일체로 몰딩되거나 결합돌기(403)의 외측면에 일체로 몰딩되어 형성될 수 있다.
또한, 댐핑부재(430)는 결합돌기(403)와 맞닿는 부위에 돌기부(435)가 구비되고, 댐핑부재(430)와 결합돌기(403)의 결합시 돌기부(435)가 눌리면서 밀착 결합되는데, 이러한 돌기부(435)는 댐핑부재(430)의 원주방향으로 서로 대향되는 내측 양측면에 구비된다.
그리고, 결합돌기(403)와의 결합시 돌기부(435)의 눌림량은 0.25 ~ 0.45 mm 가 되게끔 형성되며, 돌기부(435)의 눌림량이 0.25 mm 보다 작은 경우에는 노이즈가 40 dB을 상회하여 노이즈가 커지고 조향휠의 떨림량이 증대하게 되고, 0.45 mm 보다 큰 경우에는 결합돌기(403)와의 결합이 어려워지고 결합시 댐핑부재(430)가 밀리는 불량이 발생하여 역시 노이즈가 커지고 조향휠의 떨림량이 증대하게 된다.
이와 같은 댐핑부재(430)가 결합된 감속기의 노이즈와 조향휠 떨림량을 도 7과 도 8에서 종래의 감속기와 비교하여 도시하였는데, 먼저 도 7의 경우 종래의 감속기는 운전자가 소음으로 느끼는 한계치인 40 dB을 상회하는데 비하여 본 발명에 의한 감속기는 36 dB을 하회하여 운전자가 느끼는 소음이 대폭 줄어드는 것을 알 수 있다.
또한 도 8의 경우 조향휠의 떨림량을 측정하기 위하여 조향휠에 가속도 센서를 설치하여 측정하였는데, 0 ~ 200 Hz 구간 즉, 감속기가 구동되는 초기 구간에서의 떨림량(조향휠의 가속도)이 종래의 경우 "A" 부위와 같이 순간적으로 70 m/s2 을 상회하면서 편차가 심하게 발생되는 것에 비하여, 본 발명에 의한 감속기는 "B" 부위와 같이 9 m/s2 으로 나타나며 그 편차도 심하지 않게 나타나는 것을 알 수 있다.
이는 감속기가 구동되는 초기 구간 즉, 운전자가 조향휠을 조작하여 조향 보조력이 발생되기 시작하는 시점에서의 조향휠 떨림량이 확연하게 줄어드는 것을 알 수 있다.
한편, 결합홈(425)과 결합돌기(403)는 도 6의 (a), (b)에 도시된 것처럼 둘 이상이 형성되거나 도 6의 (c)와 같이 하나가 구비될 수 있는데, 이와 같이 둘 이상이 구비되는 경우에는 원주 방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 형성된다.
따라서, 웜축(401)과 구동축(411)의 회전시 회전중심과 무게중심을 균일하게 배분할 수 있게 되어 있다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 종래에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정과 그리스 도포 공정이 없어지게 되어 조립 공정이 간소화되며 원가를 절감하고 조립 안정성이 향상되는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
401: 웜축 403: 결합돌기
411: 구동축 413, 423a : 홈 및 돌기
420: 댐핑 커플러 421: 웜축 결합홀
423: 구동축 결합홀 425: 결합홈
430: 댐핑부재

Claims (8)

  1. 모터의 구동축과 웜축을 댐핑 커플러로 연결하여 동력을 전달하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서,
    상기 댐핑 커플러는 일측과 타측에 각각 웜축 결합홀과 구동축 결합홀이 형성되되, 상기 웜축 결합홀과 구동축 결합홀 중 어느 하나에는 축방향의 홈 및 돌기가 구비되고 다른 하나에는 방사상의 결합홈이 구비되거나, 둘 모두에 방사상의 결합홈이 구비되며,
    상기 웜축과 구동축도 상기 웜축 결합홀과 구동축 결합홀에 서로 대응되게 결합되도록, 어느 하나는 상기 홈 및 돌기와 대응되는 홈 및 돌기가 형성되고 다른 하나에는 상기 결합홈과 대응되는 결합돌기가 형성되거나, 둘 모두에 상기 결합홈과 대응되는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합홈과 결합돌기 사이에는 댐핑부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 상기 결합홈에 일체로 몰딩 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 상기 결합돌기와 맞닿는 부위에 돌기부가 구비되어 상기 결합돌기와의 결합시 돌기부가 눌리면서 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 댐핑부재의 원주방향으로 서로 대향되는 내측 양측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌기부의 눌림량은 0.25 ~ 0.45 mm 인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합홈과 결합돌기는 2이상이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각각의 결합홈 및 결합돌기는 원주 방향으로 동일한 거리만큼 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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